Eerder dit jaar schreef ik al eens een blogpost uit de reeks “hersenen op ruimtemissie”. Toen had ik het over waarom de ruimte zo’n uitdagende omgeving is voor mensen en wat er tot op heden geweten is over de impact van ruimtevlucht op onze hersenen, namelijk zeer weinig. Een deel van mijn doctoraatsonderzoek spitst zich dan ook specifiek toe op het verkrijgen van meer inzicht in dit fenomeen. Het onderzoek staat nog in zijn kinderschoenen, maar we hebben toch al kleine stukjes van de puzzel kunnen oplossen en onze resultaten werden een tijdje geleden gepubliceerd in het tijdschrift Brain Structure and Function (1). Het is de eerste keer dat soortgelijk onderzoek op mensen werd uitgevoerd.

Hersenen op ruimtemissie

Bron: airandspace.si.edu

De ruimte is een erg vijandige omgeving voor mensen. Astronauten worden dan ook geconfronteerd met verschillende risicofactoren: gewichtloosheid, kosmische straling, sterke vibratie van het International Ruimte Station (ISS), isolatie, … . Ondanks het feit dat mensen zich zeer goed kunnen aanpassen aan nieuwe omstandigheden (zelfs in extrema), doen er zich toch soms ongewenste aanpassingen voor. Zo hebben onderzoekers al aangetoond dat een ruimtevlucht nefaste gevolgen heeft voor ons cardiovasculair systeem, ons bot- en spierstelsel, en ook cognitieve problemen met zich meebrengt.

Specifieker hebben eerdere studies al gesuggereerd dat astronauten tijdelijk problemen hebben met stappen en bewegen (‘locomotie’) (2) en hierbij een slechtere coördinatie hebben (3), alsook zich heel instabiel voelen (4). Bovendien kampen ze met duizeligheid, misselijkheid en desoriëntatie door een conflict binnenin hun evenwichtssysteem (zowel wanneer ze naar de ruimte gaan als wanneer ze terugkomen) omwille van de zwaartekracht die eerst plots wegvalt en, wanneer ze terugkomen naar de aarde, vervolgens plots terug aanwezig is. Ook ervaren ze problemen met enkele specifieke functies van het evenwichtssysteem, zoals bijvoorbeeld de inschatting van verticaliteit, oriëntatie, het verwerken van de eigen beweging en het verwerken van zwaartekracht-gerelateerde prikkels (5,6).

Afgezien van dierenstudies, is er nog maar weinig geweten over de impact van ruimtevlucht op het menselijk centraal zenuwstelsel. Daarom hebben we een studie opgezet -het BRAIN DTI project- die dit wil onderzoeken door middel van beeldvorming van de hersenen bij astronauten voor en na de ruimtevlucht (zie vorige blogpost “hersenen op ruimtemissie: wat weten we over de impact van ruimtevlucht op onze grijze massa?” voor een uitgebreidere toelichting).

Hersenen op ruimtemissie

Bron: Demertzi/Van Ombergen et al, Brain Structure and Function (2015)

We hebben reeds resultaten van 1 astronaut (kosmonaut om correct te zijn, aangezien het een Russische astronaut betreft) en daarbij vonden we dat er na de vlucht minder connectiviteit (verbinding) is in een gedeelte van de hersenen wat de insulaire cortex wordt genoemd (zoals te zien in het blauw op de figuur a hierboven). De insulaire cortex maakt deel uit van de vestibulaire cortex; de hersengebieden die instaan voor het verwerken van vestibulaire prikkels ofte prikkels komende van onze evenwichtsorganen. Dit zou dus kunnen verklaren waarom astronauten zoveel problemen hebben met het inschatten van zelf-beweging en verticaliteit wanneer ze terug komen uit de ruimte.

Bovendien vonden we na de ruimtevlucht ook minder connectiviteit in hersenregio’s die instaan voor motor-gerelateerde taken, met andere woorden, taken die te maken hebben met beweging. Van de regio’s in het blauw hierboven (figuur b) weten we dat deze betrokken zijn bij de snelheid, accuraatheid en coördinatie van bewegingen. Veranderingen in deze regio’s zouden dus kunnen verklaren waarom astronauten bij het terugkeren naar de ruimte tijdelijk problemen hebben met stappen, bewegen, de coördinatie hiervan en aldus instabiliteit ervaren.

Deze bevindingen zijn interessant, niet alleen omdat het de eerste keer is dat soortgelijk onderzoek bij mensen uitgevoerd wordt, maar ook omdat tot op heden enkel gekeken werd naar bijvoorbeeld het evenwichtsorgaantje in ons binnenoor en onze spieren en botten om de typische ruimtevlucht problemen te onderzoeken. Deze studie toont echter aan dat we verder moeten kijken en ook op het niveau van de hersenen verschillen waar te nemen zijn. Dit is belangrijk, onder andere voor het ontwikkelen van methodes om deze nefaste gevolgen van ruimtevlucht tegen te gaan, maar ook voor toekomstige bemande ruimtemissies naar andere planeten (zoals bijvoorbeeld Mars als meest populaire bestemming). Hierbij denken we dan onder andere aan het opwekken van artificiële zwaartekracht aan boord, het uitoefenen van sport, de werking van medicatie, …

Deze resultaten kunnen ook interessant zijn voor patiënten hier op aarde met evenwichts- en bewegingsstoornissen. We kunnen echter veel leren van astronauten aangezien we dezelfde persoon voor en na een “traumatische” gebeurtenis kunnen testen (in principe is een ruimtevlucht een echte traumatische gebeurtenis, zeker voor ons evenwichtssysteem en bewegingsstelsel). Vanuit een ethisch perspectief zou dit anders nooit mogelijk zijn, vandaar dat astronauten studies niet enkel meer inzicht geven in het effect van ruimtevlucht op het menselijk lichaam, maar ook kunnen bijdragen om meer kennis in ziektebeelden op aarde te verkrijgen.

De resultaten zijn uiteraard nog maar exploratief en verder onderzoek is nodig, maar ze geven ons wel een eerste tip van de sluier wat betreft het effect van gewichtloosheid en ruimtevlucht op onze grijze massa.

“Houston, we’re trying to solve the problem …”

Referenties

  1. Demertzi A/Van Ombergen A, Tomilovskaya ES, Jeurissen B et al. (2015). Cortical reorganization in an astronaut after long-duration spaceflight. Brain Struct Funct, ePub ahead of print.
  2. Kozlovskaya IB (1981). Pathophysiology of motor functions in prolonged manned space flights. Acta Astr,8:1059-1072.
  3. Tomilovskaya ES et al. (2013). Effects of long-duration space flights on characteristics of the vertical gaze fixation reaction. J Vestib Res, 23(1):3-12.
  4. Paloski, WH et al. (1993). Vestibular ataxia following shuttle flights: effects of microgravity on otolith-mediated sensorimotor control of posture. Am J Otol, 14(1):9-17.
  5. Brandt, T et al.(2005). Vestibular loss causes hippocampal atrophy and impaired spatial memory in humans. Brain, 128(11):2732-2741.
  6. Lopez, C et al.(2007). Changes of visual vertical perception: a long-term sign of unilateral and bilateral vestibular loss. Neuropsychologia, 45(9):2025-2037.

Interessante links

Gewichteloosheid verandert de hersenen in het Journaal van 18 mei 2015

http://deredactie.be/cm/vrtnieuws/videozone/programmas/journaal/2.38960